电力电子电路5章

Lh1
M VⅠ
Lh2
VⅡ
IdⅠ
IdⅡ
交叉联结
注意区别！ 注意区别！
VⅠ
VT1 VT3 VT5
d1
VT1 VT3 VT5
Id Lh1 u v L w
VT4 VT6 VT2
u v w 0
VT4 VT2 VT6
L Ud
M
E
Lh2 VⅡ d2
Ud M E
三相零式反并联可逆电路
三相桥式可控整流电路
M
M
两组晶闸管可逆线路中的环流
为了消除直流环流，采用配合控制，或称α=β工作制。 Ud=E+IdRΣ 令αⅠ=βⅡ（ α Ⅱ =β Ⅰ ） UdαⅠ=UdβⅡ（Udα Ⅱ =UdβⅠ） U 为了消除脉动环流，除了采用α=β配合工作制，还需 设置限环流电抗器Lh。
IdⅠ 1. 停车状态 αⅠ=βⅡ=90 º UdαⅠ=1.17U2cos αⅠ=0 Ud βⅡ =1.17U2cos βⅡ =0 β UdαⅠ= Ud βⅡ =0 无直流环流。 Id=Id1-Id2=0
ωt
Ⅱ 桥 共 阳 极组 uv uw vw vu wu wv 待逆变u dβⅡ
ωt
uv uw vw vu wu wv Ⅰ 桥 共 阳 极 组整流 udαⅠ
uh2
uh2
0
ωt
0
ωt
环流电势连续且最大，每个周期脉动三次。
U hm
3 2 U2 = 2U 2l sin 60° = 2 3U 2 sin 60° = 2
－
Idα P
－
VⅡ
－
VⅠ
－
Idβ P
－
VⅡ Id
－
UdβⅠ
+
UdαⅡ
+
Ud αⅠ
+
Ud βⅡ M
+
T n
M
+
n T
+
反转电动，ＶⅡ整流，ＶⅠ待逆变 αⅡ<90º，βⅠ<90º； UdαⅡ= UdβⅠ>E
反转发电，ＶⅠ逆变，ＶⅡ待整流 βⅠ<90º ， αⅡ<90º； E >UdβⅠ=UdαⅡ
脉动环流分析
β = 59.8°(60.5°)
2. n=800r/min， Id= Inom，正向稳定运转。
U dα I = E + I nom RΣ ( +2∆U ) U dα I E + I nom RΣ ( +2∆U ) = cos α I = 2.34U 2 2.34U 2 176 + 305 × 0.05( +2) = = 0.66(0.663) 2.34 × 123.6 α I = β II = 48.6°(48.5°)
VⅡ
L1 L3 VT4’ VT6’ VT2’ L Ud
M
E
1．当 VⅠ处于整流状态，VⅡ处于待逆变状态。
αⅠ = βⅡ
U dαⅠ = U dβⅡ = E + I d RΣ > E
2．当VⅡ处于整流状态，VⅠ处于待逆变状态。
αⅡ = βⅠ
U dαⅡ = U dβⅠ = E + I d RΣ > E
整流电流为：
可逆电路的电动机机械特性
设负载电流连续。 晶闸管变流装置整流、电动机工作在电动状态时
1 n= ceϕ mX B U d0 cos α − ( + RB + RS ) I d − k∆U 2π
其中：对于三相零式变流电路，Ud0=1.17U2 m=3，k=1
(α=0º）
对于三相全控桥式变流电路，Ud0=2.34U2 (α=0º） m=6，k=2 晶闸管变流装置逆变、电动机工作在发电状态时
u
v
w
u Ud
0
ωt
组 共 阴 极 组
udⅠ
αⅠ=β =30 u v w
u
组 共 阴 极 组
udⅠ
αⅠ=β
=90
Ⅰ 组 共 阳 极 组
Ⅰ
0 ud
ωt
0 ud
组 共 阳 极 组
ωt
0 uh ih
uv uw vw vu wu wv uv
ωt
0 uh ih
uv uw vw vu wu wv uv
ωt
0
ωt
从前面的分析中可以看出，不论α和β为何值， 只要α=β，它产生的环流电压都是正负半周完全对 称，其平均值为零。
需要特别注意的问题： 为了防止逆变颠覆，必须设置最小逆变角βmin。 而在可逆电路中，为了防止α<β，出现直流环流，一 般采用配合工作制，即α=β工作制。 因此，也必须限制最小整流角αmin。
0
ωt
αⅠ = βⅡ = 60°
Ⅰ组共阴极组整流udαⅠ
ud 0 uh1
u
v
w
u ωt
Ⅱ组共阳极组待逆变udβⅡ uv uw vw vu wu wv uv
0
ωt
α=β=60º时，环流电势最大，环流最严重。
三相桥式反并联可逆电路 VⅠ
VT4 VT6 VT2 u v w 0 VT4 VT6 VT2 L2 L4 d2 采用α=β工作制，或称配合工作制。 VT1’ VT3’ VT5’ d1
ωt
uh1
0
ωt
0
ωt
U hm
6 U2 = 2U 2l sin 30° = 2 3U 2 sin 30° = 2
αⅠ= β Ⅱ = 90°
udαⅠ
阴 极 组 Ⅰ 桥 共
u
v
w
u
ud βⅡ
阴 极 组 Ⅱ 桥 共
β Ⅱ = αⅠ=90° u v w
u
0 ud βⅡ
阳 极 组 Ⅱ 桥 共 u v w u
ωt
阳 极 组
0 udαⅠ
Ⅰ 桥 共 u v w u
ωt
0 uh1
uv uw vw vu wu wv uv
ωt uh2
0
uv uw vw vu wu wv uv
ωt
0
ωt
0
ωt
αⅠ= β Ⅱ = 60°
ud
0
u
v
w
Ⅰ桥共阴极 组整流udαⅠ
β Ⅱ = αⅠ=60°
ud
0
u
v
w
Ⅱ桥共阴极组 待逆变udβⅡ
VⅠ
VT1 VT3 VT5
d1
L1 L3
VⅡ
VT4’ VT6 ‘ VT2’
u v w 0
VT4 VT6 VT2
1
M
L Ud
2
L2 L4
VT1’ VT3’ VT5’
E
共有两条换流通路：
d2
环流通路1：电源→VⅠ共阴极组→L1→L3→VⅡ共阳极组→电源。 环流通路2：电源→VⅡ共阴极组→L4→L2→VⅠ共阳极组→电源。 负载流过直流电流时，在每个环流通路中只能有一个限环流电 抗器限制环流，而另一个限环流电抗器必然饱和。
VⅠ
Ud αⅠ M Ud βⅡ
VⅡ
V Ⅱ逆变 ， βⅡ <90 º Ud βⅡ =1.17U2cos βⅡ Ud βⅡ = UdαⅠ =E+Id1RΣ>E
反并联可逆电路
-
V Ⅱ不能真正实现逆变，称为待逆变状态。
udⅠ
Ⅰ 组 共 阴 极 组
αⅠ=30
u
v
w
u
Ud ωt
0
β = 30
ud
组 共 阳 极 组
I dα
U dα − E = RΣ
3．当VⅡ处于逆变状态，VⅠ处于待整流状态。
βⅡ = αⅠ
U dβⅡ = U dαⅠ = E − I d RΣ < E
4．当VⅠ处于逆变状态，VⅡ处于待整流状态。
βⅠ = αⅡ
U dβⅠ = U dαⅡ = E − I d RΣ < E
逆变电流为：
I dβ
E − U dβ = RΣ
环流——只流过两组晶闸管变流装置和电源，而不 流过负载的电流。 造成环流的原因： 1. 两组变流器都输出整流电压； 2. 一组变流器输出整流电压，另一组输出逆变电压， 但其电压值不相同。 直流环流——由于两组变流装置输出的直流平均电压值 不相等，而形成的环流。α Ⅰ <β Ⅱ ， Udα Ⅰ >UdβⅡ 脉动环流——两组变流装置输出的直流平均电压值虽然 相等， Udα Ⅰ =UdβⅡ，但由于它们的电压瞬时值不相等，形 成瞬时电压差而形成的环流。 udα Ⅰ ≠udβⅡ
udαⅠ
阴 极 组 Ⅰ 桥 共
αⅠ=β =30 u v w
u
ud β
阴 极 组 共 桥
β u
= αⅠ=30 v w
u
0
u v w u
ωt
阳 极 组
0 udαⅠ
Ⅰ 桥 共 u v w u
ωt
ud β
阳 极 组 共 桥
0
uv uw vw vu wu wv uv
ωt uh2
0
uv uw vw vu wu wv uv
逆变时至少应满足 E ≥ U dβ ，取 E = U dβ
E 176 cos β = = = 0.609(0.604) 2.34U 2 2.34 × 123.6
β = 52.5°(53°)
若制动电流Id= 2Inom ，则
U dβ = E − I dmax RΣ − 2∆U = 2.34U 2 cos β E − I dmax RΣ ( −2 ∆U ) 176 − 2 × 305 × 0.05( −2) cos β = = 2.34U 2 2.34 × 123.6 = 0.503(0.492)
改变电动机电枢电压极性的可逆电路
L ＋ ~ － － VT ＋ C2 － C1 ＋ － C2
M
+ C1
问题：触发角与接触器动作配合时机；有触点，有噪声， 有火花，有延时，动作慢，维护量大。
采用两组晶闸管变流装置的可逆电路
Lh1 Lh2
VⅠ
IdⅡ
VⅡ
IdⅠ
M
Lh4
Lh3 反并联联结
采用两组晶闸管变流装置的可逆电路
VⅠ
+
Idβ P
+
VⅡ
+
n
VⅠ
+
Idα P
+
VⅡ
+
UdαⅠ
－
UdβⅡ
－
Ud αⅠ
－
Ud βⅡ M
－百度文库
T n
M
－
n T
－
正转发电，ＶⅡ逆变，ＶⅠ待整流 βⅡ<90º ， αⅠ<90º； E >UdβⅡ=UdαⅠ
正转电动，ＶⅠ整流，ＶⅡ待逆变 αⅠ<90º，βⅡ<90º； UdαⅠ= UdβⅡ >E
VⅠ
晶闸管—直流电动机的可逆电路 晶闸管 直流电动机的可逆电路
生产机械的要求：正向运转、反向运转、正向制动、反 生产机械的要求： 向制动。 被控对象： 被控对象：起重机械、龙门刨床、电梯、可逆轧机等。 改变直流电动机转速方向的主要方法： 改变直流电动机转速方向的主要方法： 1. 电枢电压极性不变，改变激磁电流的方向； 设备容量小、时间常数大、过渡过程时间长、快速性差。 2. 激磁电流方向不变，改变电枢电压的极性。 快速性好、调速性能好、设备容量大。
M
IdⅡ
VⅠ
Ud αⅠ Ud βⅡ
VⅡ
反并联可逆电路
udⅠ
Ⅰ 组 共 阴 极 组
αⅠ=90° u v
w
u
0 β = 90° u v w
ωt
ud
组 共 阳 极 组
u
0
ωt
2. 电动机正向稳定运转状态 VⅠ整流 ，αⅠ<90 º UdαⅠ=1.17U2cos αⅠ UdαⅠ =E+Id1RΣ + IdⅠ IdⅡ +
解：画出三相桥式反并联可逆主电路。 取αmin=βmin=30 ° VⅠ
VT1 VT3 VT5
d1
L1 L3
VⅡ
VT4’ VT6 ‘ VT2’
u v w 0
VT4 VT6 VT2
1
M
L Ud
2
L2 L4
VT1’ VT3’ VT5’
E
d2
1.
U nom = Enom + I nom Rs = Enom 800 4 4 E= U nom = U nom = × 220 = 176 V 1000 5 5 U nom + I dmax RΣ ( +2 ∆U ) U nom + 2 I nom RΣ ( +2∆U ) U2 = = 2.34 cos α min 2.34 cos 30° 220 + 2 × 305 × 0.05( +2) = = 123.6 V(124.6 V) 2.34 cos 30°
mX B 1 n= U d0 cos β + ( 2π + R B + RS ) I d + k ∆ U c eϕ
n
∆U ceϕ
o
U d0 cos α U D = ceϕ ceϕ
n a b
α1 α2
Id
Idm
o
IL
Id
考虑管压降时电动发电特性
制动时实际过渡过程特性
已知： 例5-1 已知：三相桥式反并联，α Ⅰ= βⅡ， Pnom=60kW，Unom=220V，Inom=305A， nnom=1000r/min，λ=2，RΣ=0.05 ，Rs=0。 n=800r/min， Id= Inom，正向稳定运转下制动停车。 求： 1.βⅡ=？才能产生制动力矩？ 若Id= 2Inom，则βⅡ=？ 2. 画出电动机正向稳定运转时， ud、uh、ih波形；标明UdαⅠ、 UdβⅡ和E的位置。 3. 若Ⅱ桥逆变时，VT6’脉冲丢失，画出其输出电压和逆变电 压波形。 4.若Ⅱ桥逆变时，VT6’ 、VT1’脉冲相继丢失，画出逆变颠覆 最严重情况下其输出电压和逆变电压波形。